A. Penjelasan Singkat Superkonduktor
Superkonduktor adalah fenomena dimana resistansi sebuah material turun menjadi 0 dan semua atom menjadi statis (efek kuantum dari Heisenberg Uncertainty Principle tidak kita perhitungkan untuk kesederhanaan). Tentunya, untuk menjadikan atom-atom material itu menjadi statis, temperatur yang sangat rendah dibutuhkan. Temperatur dimana sebuah material menjadi konduktor dinamakan critical temperature.
Temperatur ini berbeda-beda untuk setiap material. Material pertama yang ditemukan efek superkonduktivitasnya, Merkuri, mempunyai critical temperature serendah 4 derajat Kelvin (-269 derajat Celcius!). Secara logis, pakar-pakar menginginkan critical temperature ini supaya setinggi mungkin karena biaya untuk mendinginkan material itu akan berkurang. Tetapi, meskipun semakin banyak material yang mempunyai efek superkonduktifitas dengan critical temperature yang lebih tinggi ditemukan di milenium ketiga, tidak banyak penggunaan praktikal karena pertama, mereka tidak bisa mendapat arus listrik setinggi material-material yang lebih dulu ditemukan. Kedua, mereka tidak bisa membuat medan magnet yang kuat dan yang ketiga, sangatlah susah untuk membengkokkan material-material yang baru ditemukan menjadi kawat, dsb. Jadi, hanya superkonduktor generasi pertama yang lebih banyak digunakan dalam hidup kita.
Temperatur ini berbeda-beda untuk setiap material. Material pertama yang ditemukan efek superkonduktivitasnya, Merkuri, mempunyai critical temperature serendah 4 derajat Kelvin (-269 derajat Celcius!). Secara logis, pakar-pakar menginginkan critical temperature ini supaya setinggi mungkin karena biaya untuk mendinginkan material itu akan berkurang. Tetapi, meskipun semakin banyak material yang mempunyai efek superkonduktifitas dengan critical temperature yang lebih tinggi ditemukan di milenium ketiga, tidak banyak penggunaan praktikal karena pertama, mereka tidak bisa mendapat arus listrik setinggi material-material yang lebih dulu ditemukan. Kedua, mereka tidak bisa membuat medan magnet yang kuat dan yang ketiga, sangatlah susah untuk membengkokkan material-material yang baru ditemukan menjadi kawat, dsb. Jadi, hanya superkonduktor generasi pertama yang lebih banyak digunakan dalam hidup kita.
B. Keuntungan dari menggunakan superkonduktor:
- Tidak ada energi yang terbuang ketika superkonduktor ini menghantar arus listrik. Milyaran rupiah bisa kita selamatkan dengan menggunakan superkonduktor daripada konduktor biasa.
- Karena tidak ada resistansi dalam superkonduktor, sirkuit yang menggunakan superkonduktor tidak akan menjadi panas dan jadi, semakin banyak sirkuit yang bisa kita kompres per centimeter kubiknya. Kalau kita menggunakan konduktor biasa, sirkuit itu bisa terbakar jika kita mau mengkompres semakin banyak material karena panas yang terakumulasi dari resistansi material tersebut.
- superkonduktor ini bisa berfungsi sebagai transistor (sejenis komponen sirkuit yang bisa mengamplifikasi signal listrik dan digunakan di semua peralatan modern yang menggunakan listrik) tetapi bisa berfungsi 100 kali lebih cepat. Ini juga dikenal sebagai Josephson Junctions dan kalau dua Josephson Junctions ini kita gabung dengan tepat, mereka bisa mendeteksi medan magnet yang sangat kecil.
Superkonduktor menjanjikan banyak hal bagi kita, misalnya, transmisi listrik yang efisien (tak ada lagi kehilangan energi selama transmisi). Memang saat ini penggunaan superkonduktor belum praktis, dikarenakan masalah perlunya pendinginan. Suhu kritis superkonduktor masih jauh di bawah suhu kamar. Superkonduktor adalah suatu material yang tidak memiliki hambatan di bawah suatu nilai suhu tertentu. Suatu superkonduktor dapat saja berupa suatu konduktor, semikonduktor ataupun suatu insulator pada keadaan ruang. Suhu di mana terjadi perubahan sifat konduktivitas menjadi superkonduktor disebut dengan temperaturkritis(Tc).
Fisikawan asal Belanda Heike Kamerlingh Onnes melakukan eksperimen pengukuran resistansi air raksa murni yang didinginkan dengan helium cair pada suhu 4 K (Kelvin) atau -269 C (Celcius). Dari experiment tersebut, Onnes mengambil kesimpulan bahwa hambatan suatu logam akan turun (bahkan hilang sama sekali) ketika mendinginkan logam tersebut dibawah suhu ruang (suhu yang sangat dingin) atau setidaknya lebih rendah dari suhu kritis (critical temperature, Tc) logam tersebut.
Suhu kritis yang dimiliki tiap material untuk mencapai sifat superkonduktifitas-nya berbeda. Lalu apa yang terjadi bila bahan dapat didinginkan hingga mencapai suhu nol mutlak? Salah satu ilmuwan, William Kelvin sendiri memperkirakan bahwa ketika dicapai suhu nol mutlak (0 K) maka elektron akan berhenti mengalir (arus statis).
Yang menarik adalah ketika ditemukan material keramik yang ternyata dapat diubah menjadi bahan superkonduktor. Bahan keramik yang biasanya dikenal sebagai isolator karena tidak bisa menghantarkan listrik sama sekali pada suhu ruang, ternyata pada tahun 1986-1987 berhasil didobrak oleh Alex Miller dan George Bednorz, peneliti di Laboratorium Riset IBM di Rischlikon, Switzerland. Mereka membuat suatu keramik yang terdiri dari unsur Lanthanum, Barium Tembaga dan oksigen yang berhasil menciptakan material bersifat superkonduktor pada suhu tinggi, dengan menggunakan nitrogen cair sebagai pendinginnya.
Yang menarik adalah ketika ditemukan material keramik yang ternyata dapat diubah menjadi bahan superkonduktor. Bahan keramik yang biasanya dikenal sebagai isolator karena tidak bisa menghantarkan listrik sama sekali pada suhu ruang, ternyata pada tahun 1986-1987 berhasil didobrak oleh Alex Miller dan George Bednorz, peneliti di Laboratorium Riset IBM di Rischlikon, Switzerland. Mereka membuat suatu keramik yang terdiri dari unsur Lanthanum, Barium Tembaga dan oksigen yang berhasil menciptakan material bersifat superkonduktor pada suhu tinggi, dengan menggunakan nitrogen cair sebagai pendinginnya.
 |
| graphic comparison of the use of superconducting materials and metal non-seuperkonduktor |
Superkonduktor belakangan ini menjadi topik pembicaraan dan penelitian yang paling populer. Superkonduktor menjanjikan banyak hal bagi kita, misalnya, transmisi listrik yang efisien (tak ada lagi kehilangan energi selama transmisi). Memang saat ini penggunaan superkonduktor belum praktis, dikarenakan masalah perlunya pendinginan. Suhu kritis superkonduktor masih jauh di bawah suhu kamar.
Superkonduktor adalah suatu material yang tidak memiliki hambatan di bawah suatu nilai suhu tertentu. Suatu superkonduktor dapat saja berupa suatu konduktor, semikonduktor ataupun suatu insulator pada keadaan ruang. Suhu di mana terjadi perubahan sifat konduktivitas menjadi superkonduktor disebut dengan temperatur kritis (Tc).
Superkonduktor pertama kali ditemukan oleh seorang fisikawan Belanda, Heike Kamerlingh Onnes, dari Universitas Leiden pada tahun 1911. Pada tanggal 10 Juli 1908, Onnes berhasil mencairkan helium dengan cara mendinginkan hingga 4 K atau -269OC. Kemudian pada tahun 1911, Onnes mulai mempelajari sifat-sifat listrik dari logam pada suhu yang sangat dingin. Pada waktu itu telah diketahui bahwa hambatan suatu logam akan turun ketika didinginkan di bawah suhu ruang, tetapi belum ada yang dapat mengetahui berapa batas bawah hambatan yang dicapai ketika temperatur logam mendekati 0 K atau nol mutlak.
Beberapa ahli ilmuwan pada waktu itu seperti William Kelvin memperkirakan bahwa elektron yang mengalir dalam konduktor akan berhenti ketika suhu mencapai nol mutlak. Di lain pihak, ilmuwan yang lain termasuk Onnes memperkirakan bahwa hambatan akan menghilang pada keadaan tersebut. Untuk mengetahui yang sebenarnya terjadi, Onnes kemudian mengalirkan arus pada kawat merkuri yang sangat murni dan kemudian mengukur hambatannya sambil menurunkan suhunya. Pada suhu 4,2 K, Onnes terkejut ketika mendapatkan bahwa hambatannya tiba-tiba menjadi hilang. Arus mengalir melalui kawat merkuri terus-menerus. Dengan tidak adanya hambatan, maka arus dapat mengalir tanpa kehilangan energi.
Percobaan Onnes dengan mengalirkan arus pada suatu kumparan superkonduktor dalam suatu rangkaian tertutup dan kemudian mencabut sumber arusnya lalu mengukur arusnya satu tahun kemudian ternyata arus masih tetap mengalir. Fenomena ini kemudian oleh Onnes diberi nama superkonduktivitas. Atas penemuannya itu, Onnes dianugerahi Nobel Fisika pada tahun 1913.
1. Kesalahan-kesalahan Umum (gross-errors)
Kesalahan ini kebanyakan disebabkan oleh kesalahan manusia. Diantaranya adalah kesalahan pembacaan alat ukur,penyetelan yang tidak tepat dan pemakaian instrumen yang tidak sesuai dan kesalahan penaksiran. Kesalahan ini tidak dapat dihindari, tetapi harus dicegah dan perlu perbaikkan. Ini terjadi karena keteledoran atau kebiasaan - kebiasaan yang buruk, seperti : pembacaan yang tidak teliti, pencatatan yang berbeda dari pembacaannya, penyetelan instrumen yang tidak tepat. Agar mendapatkan hasil yang optimal, maka diperlukan pembacaan lebih dari satu kali. Bisa dilakukan tiga kali, kemudian dirata-rata. Jika mungkin dengan pengamat yang berbeda.
2. Kesalahan-kesalahan sistematis (systematic errors)
Kesalahan ini disebabkan oleh kekurangan-kekurangan pada instrumen sendiri. Seperti kerusakan atau adanya bagianbagian yang aus dan pengaruh lingkungan terhadap peralatan atau pemakai. Kesalahan ini merupakan kesalahan yang tidak dapat dihindari dari instrumen, karena struktur mekanisnya. Contoh : gesekan beberapa komponen yang bergerak terhadap bantalan dapat menimbulkan pembacaan yang tidak tepat.
Tarikan pegas (hairspring) yang tidak teratur, perpendekan pegas, berkurangnya tarikan karena penanganan yang tidak tepat atau pembebanan instrumen yang berlebihan. Ini semua akan mengakibatkan kesalahan-kesalahan. Selain dari beberapa hal yang sudah disinggung di atas masih ada lagi yaitu kesalahan kalibrasi yang bias mengakibatkan pembacaan instrumen terlalu tinggi atau terlalu rendah dari yang seharusnya.
Cara yang paling tepat untuk mengetahui instrumen tersebut mempunyai kesalahan atau tidak yaitu dengan membandingkan dengan instrumen lain yang memiliki karakteristik yang sama atau terhadap instrumen lain yang akurasinya lebih tinggi.
Untuk menghindari kesalahan-kesalahan tersebut dengan cara :
- Memilih instrumen yang tepat untuk pemakaian tertentu.
- Menggunakan faktor-faktor koreksi setelah mengetahui banyaknya kesalahan.
- Mengkalibrasi instrumen tersebut terhadap instrumen standar.
Pada kesalahan-kesalahan yang disebabkan lingkungan,
seperti : efek perubahan temperatur, kelembaban, tahanan udara luar,
medan-medan maknetik, dan sebagainya dapat dihindari dengan membuat
pengkondisian udara (AC), penyegelan komponenkomponen instrumen tertentu
dengan rapat, pemakaian pelindung maknetik dan sebagainya.
2. Kesalahan acak yang tak disengaja (random errors)
Kesalahan ini diakibatkan oleh penyebab yang tidak dapat Langsung diketahui. Antara lain sebab perubahan-perubahan Barameter atau sistem pengukuran terjadi secara acak. Pada pengukuran yang sudah direncanakan kesalahan - kesalahan ini biasanya hanya kecil. Tetapi untuk pekerjaan - pekerjaan yang memerlukan ketelitian tinggi akan berpengaruh. Contoh misal suatu tegangan diukur dengan voltmeter dibaca setiap jam, walaupun instrument yang digunakan sudah dikalibrasi dan kondisi lingkungan sudah diset sedemikian rupa, tetapi hasil pembacaan akan terjadi perbedaan selama periode pengamatan.
Untuk mengatasi kesalahan ini dengan menambah jumlah pembacaan dan menggunakan cara-cara statistic untuk mendapatkan hasil yang akurat. Alat ukur listrik sebelum digunakan untuk mengukur perlu diperhatikan penempatannya / peletakannya. Ini penting karena posisi pada bagian yang bergerak yang menunjukkan besarannya akan dipengaruhi oleh titik berat bagian yang bergerak dari suatu alat ukur tersebut.
Kapasitor dan induktor memiliki peranan yang penting dibidang elektronika. Banyak nilai kapasitor dan induktor yang nilainya sulit diterjemahkan yaitu ketika kapasitor dan induktor bernilai kecil dan warna yang kurang jelas. Dari permasalahan tersebut maka dirancang alat ukur induktansi dan kapasitansi meter.
- Prinsip Pengukuran Kapasitansi
Prinsip yang digunakan dalam pengukuran kapasitansi adalah JEMBATAN PEMBANDING KAPASITANSI. Pada dasarnya jembatan pembanding kapasitansi juga hampir sama dengan jembatan pembanding induktansi. Gambar VIII-3 menggambarkan jembatan pembanding kapasitansi. R1 dan R2 sebagai lengan – lengan pembanding, sedang lengan standar adalah Cs ( kapasitor kualitas tinggi ) yang di rangkai seri dengan Rs ( tahanan variable ). Cx adalah kapasitansi yang belum diketahui harganya dan Rx adalah tahanan kebocoran kapasitor.
Tahanan pada dasarnya merupakan sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk menahan laju aliran arus dengan besaran tertentu. Tahanan banyak terdapat pada rangkaian listrik dan rangkaian elektronika lainnya.
Tahanan dapat dipasang secara seri maupun secara parallel tergantung dari penggunaannya. Tahanan akan lebih besar resistansinya apabila dipasang secara seri dibandingkan secara paralel.
Pengukuran tahanan dapat diklasifikasikan berdasarkan besarnya tahanan yang akan diukur. Klasifikasi besar tahanan adalah sebagai berikut :
1. Tahanan kecil, yaitu tahanan yang bernilai lebih kecil dari 1 ohm
2. Tahanan sedang, yaitu tahanan yang bernilai antara 1 sampai dengan 100.000 ohm
3. Tahanan besar, yaitu tahanan yang bernilai lebih besar dari 100.000 ohm
 |
| Rangkaian Jembatan Wheatstone |
Dalam mempelajari pengukuran listrik dikenal beberapa istilah, antara lain :
- Instrumen : adalah alat ukur untuk menentukan nilai atau besaran suatu kuantitas atau variabel.
- Ketelitian : harga terdekat dengan mana suatu pembacaan instrumen mendekati harga sebenarnya dari variable yang diukur.
- Ketepatan : suatu ukuran kemampuan untuk hasil pengukuran yang serupa
- Sensitivitas : perbandingan antara sinyal keluaran atau respons instrumen terhadap perubahan masukan atau variable yang diukur.
- Resolusi : :perubahan terkecil dalam nilai yang diukur yang mana instrumen akan memberi respon atau tanggapan.
- Kesalahan : penyimpangan variabel yang diukur dari harga (nilai) yang sebenarnya.
Alat ukur listrik dikelompokkan menjadi dua, yaitu :
- Alat ukur standar / absolut : Alat ukur absolut maksudnya adalah alat ukur yang menunjukkan besaran dari komponen listrik yang diukur dengan batas-batas pada konstanta dan penyimpangan pada alat itu sendiri. Ini menunjukkan bahwa alat tersebut tidak perlu dikalibrasi atau dibandingkan dengan alat ukur lainnya lebih dahulu. Contoh dari alat ukur ini adalah galvanometer.
- Alat ukur sekunder : Alat ukur sekunder maksudnya adalah semua alat ukur yang menunjukkan harga besaran listrik yang diukur dan dapat ditentukan hanya dari simpangan alat ukur tersebut. Sebelumnya alat ukur sudah dikalibrasi dengan membandingkan pada alat ukur standar/absolut. Contoh dari alat ukur ini adalah alat ukur listrik yang sering dipergunakan sehari-hari.
 |
| Contoh alat Pengukuran Listrik |
Osiloskop adalah suatu alat yang digunakan untuk mengamati bentuk gelombang dan pengukurannya. Komponen utama osiloskop adalah tabung sinar katoda. Komponen utama dari sinar katoda ( Cathode ray tube ) atau CRT adalah:
- Perlengkapan senapan elektron.
- Perlengkapan pelat defleksi.
- layar frouorosensi.
- Tabung gelas dan dasar tabung.
( David Halliday, Fisika Dasar II, 1992 )
Osiloskop sinar katoda dapat digunakan untuk menyelidiki gejala yang bersifat periodik. Komponen utama osiloskop adalah tabung sinar katoda (CRT), Prinsip kerja tabung sinar katoda adalah sebagai berikut: Elektron dipancarkan dari katoda akan menumbuk bidang gambar yang dilapisi oleh zat yang bersifat flourecent. Bidang gambar ini berfungsi sebagai anoda. Arah gerak elektron ini dapat dipengaruhi oleh medan listrik dan medan magnetik. Umumnya osiloskop sinar katoda mengandung medan gaya listrik untuk mempengaruhi gerak elektron kearah anoda. Medan listrik dihasilkan oleh lempeng kapasitor yang dipasang secara vertikal, maka akan terbentuk garis lurus vertikal dinding gambar.
Selanjutnya jika pada lempeng horizontal dipasang tegangan periodik, maka elektron yang pada mulanya bergerak secara vertikal, kini juga bergerak secara horizontal dengan laju tetap. Sehingga pada gambar terbentuk grafik sinusoidal.
Sebuah benda bergetar sekaligus secara harmonik, getaran harmonik (Super posisi) yang berfrekuensi dan mempunyai arah getar sama akan menghasilkan satu getaran harmonik baru berfrekuensi sama dengan amplitudo dan fase tergantung pada amplitudo dan frekuensi setiap bagian getaran harmonik tersebut. Hal itu berdasarkan metode penambahan trigonometri atau lebih sederhananya lagi dengan menggunakan bilangan kompleks. Bila dua getaran harmonik super posisi yang berbeda, frekuensi terjadi getaran yang tidak lagi periodik ( Musbee, 1995).
Basis waktu secara periodik menggerakkan bintik cahaya dari kiri kekanan melalui permukaan layar. Tegangan yang akan diperiksa dimasukkan ke Y atau masukan vertikal osiloskop, menggerakkan bintik keatas dan kebawah sesuai dengan nilai tegangan yang dimasukkan.
Selanjutnya bintik tersebut menghasilkan jejak berkas gambar pada layar yang menunjukkan variasi tegangan masukan sebagai fungsi dari waktu. Bila tegangan masukan berkurang dengan laju yang cukup pesat gambar akan kelihatan sebagai sebuah pola yang diam pada layar. (William B Cooper, Instrumentasi Elektronika dan teknik pengukuran, Erlangga, Jakarta, 1993)
Besaran- besaran yang dapat diukur dengan osiloskop antara lain:
- Amplitudo: Jarak perpindahan titik maksimum dari titik kesetimbangan dalam arah getarannya.
- Periode: Waktu yang diperlukan untuk membentuk satu gelombang penuh.
- Frekuensi: Banyaknya gelombang yang terbentuk dalam satu satuan waktu.
- Sudut fasa: Simpangan partikel terhadap posisi kesetimbangan dalam radian.
Osiloskop digunakan untuk melihat bentuk sinyal yang sedang diamati. Dengan Osiloskop maka kita dapat mengetahui berapa frekuensi, periode dan tegangan dari sinyal. Dengan sedikit penyetelan kita juga bisa mengetahui beda fasa antara sinyal masukan dan sinyal keluaran.
 |
| Gambar Osiloskop |
Osiloskop terdiri dari dua bagian utama yaitu display dan panel kontrol. Display menyerupai tampilan layar televisi hanya saja tidak berwarna warni dan berfungsi sebagai tempat sinyal uji ditampilkan. Pada layar ini terdapat garis-garis melintang secara vertikal dan horizontal yang membentuk kotak-kotak dan disebut div. Arah horizontal mewakili sumbu waktu dan garis vertikal mewakili sumbu tegangan. Panel kontrol berisi tombol-tombol yang bisa digunakan untuk menyesuaikan tampilan di layar.
Pada umumnya osiloskop terdiri dari dua kanal yang bisa digunakan untuk melihat dua sinyal yang berlainan, sebagai contoh kanal satu untuk melihat sinyal masukan dan kanal dua untuk melihat sinyal keluaran.
Sebelum osiloskop bisa dipakai untuk melihat sinyal maka osiloskop perlu disetel dulu agar tidak terjadi kesalahan fatal dalam pengukuran.
 |
Panel osiloskop
|
Osiloskop sangat penting untuk analisa rangkaian elektronik. Osiloskop penting bagi para montir alat-alat listrik, para teknisi dan peneliti pada bidang elektronika dan sains karena dengan osiloskop kita dapat mengetahui besaran-besaran listrik dari gejala-gejala fisis yang dihasilkan oleh sebuah transducer. Para teknisi otomotif juga memerlukan alat ini untuk mengukur getaran/vibrasi pada sebuah mesin. Jadi dengan osiloskop kita dapat menampilkan sinyal-sinyal listrik yang berkaitan dengan waktu.Dan banyak sekali teknologi yang berhubungan dengan sinyal-sinyal tersebut.
Contoh beberapa kegunaan osiloskop :
- Mengukur besar tegangan listrik dan hubungannya terhadap waktu.
- Mengukur frekuensi sinyal yang berosilasi.
- Mengecek jalannya suatu sinyal pada sebuah rangakaian listrik.
- Membedakan arus AC dengan arus DC.
- Mengecek noise pada sebuah rangkaian listrik dan hubungannya terhadap waktu.
Osiloskop tipe waktu nyata analog (ART) menggambar bentuk-bentuk gelombang listrik dengan melalui gerakan pancaran elektron (electron beam) dalam sebuah tabung sinar katoda (CRT -cathode ray tube) dari kiri ke kanan. Pancaran elektron dari bagian senapan elektron ( electron gun) yang membentur atau menumbuk dinding dalam tabung tersebut mengeksitasi elektron dalam lapisan fosfor pada layar tabung sehingga terjadi perpendaran atau nyalapada layar yang menggambarkan bentuk dasar gelombang.
Dalam perjalanannya dari senapan elektron menuju layar yang berfosfor tadi, elektron-elektron dipengaruhi oleh medan listrik dalam arah vertikal (ke atas maupun ke bawah) oleh sepasang pelat pembelok (defleksi) vertikal dan dalam arah horisontal oleh sepasang pelat defleksi horisontal. Apabila tegangan pada semua pelat tersebut nol Volt, elektron akan berjalan lurus membentur layar sehingga hanya terlihat sebuah bintik nyala ditengah layar saja.
Untuk "membuat" gambar garis pada layar, diperlukan gelombang gigi gergaji yang diberikan kepada pasangan pelat horisontal tersebut. Tegangan gigi gergaji ini dihasilkan oleh time base generator/sweep generator atau generator sapu, yang kemudian diperkuat oleh penguat horisontal. Tegangan gigi gergaji ini naik secara linier terhadap waktu sehingga berkas elektron pada layar bergerak dari kiri ke kanan. Setelah sampai di bagian paling kanan layar, tegangan gigi gergaji turun dengan cepat ke nol sehingga memulai gerakan berulang dari bagian kiri layar.
Dalam perjalanannya dari senapan elektron menuju layar yang berfosfor tadi, elektron-elektron dipengaruhi oleh medan listrik dalam arah vertikal (ke atas maupun ke bawah) oleh sepasang pelat pembelok (defleksi) vertikal dan dalam arah horisontal oleh sepasang pelat defleksi horisontal. Apabila tegangan pada semua pelat tersebut nol Volt, elektron akan berjalan lurus membentur layar sehingga hanya terlihat sebuah bintik nyala ditengah layar saja.
Untuk "membuat" gambar garis pada layar, diperlukan gelombang gigi gergaji yang diberikan kepada pasangan pelat horisontal tersebut. Tegangan gigi gergaji ini dihasilkan oleh time base generator/sweep generator atau generator sapu, yang kemudian diperkuat oleh penguat horisontal. Tegangan gigi gergaji ini naik secara linier terhadap waktu sehingga berkas elektron pada layar bergerak dari kiri ke kanan. Setelah sampai di bagian paling kanan layar, tegangan gigi gergaji turun dengan cepat ke nol sehingga memulai gerakan berulang dari bagian kiri layar.
 |
| Gambar Osiloskop Analog |
Jika dalam osiloskop analog gelombang yang akan ditampilkan langsung diberikan ke rangkaian vertikal sehingga berkesan "diambil" begitu saja (real time), maka dalam osiloskop digital, gelombang yang akan ditampilkan lebih dulu disampling (dicuplik) dan didigitalisasikan. Osiloskop kemudian menyimpan nilai-nilai tegangan ini bersama sama dengan skala waktu gelombangnya di memori. Pada prinsipnya, osiloskop digital hanya mencuplik dan menyimpan demikian banyak nilai dan kemudian berhenti. Ia mengulang proses ini lagi dan lagi sampai dihentikan. Beberapa DSO memungkinkan untuk memilih jumlah cuplikan yang disimpan dalam memori per akuisisi (pengambilan) gelombang yang akan diukur.
 |
| Osiloskop Digital (DSO) |
Seperti ART, DSO melakukan akuisisinya dalam satu event pemicuan. namun demikian ia secara rutin memperoleh, mengukur dan menyimpan sinyal masukan, mengalirkan nilainya melalui memori dalam suatu proses kerja dengan cara; pertama yang disimpan, yang pertama pula yang akan dikeluarkan, sambil menanti picu terjadi. Sekali osiloskop ini mengenali event picu yang didefinisikan oleh penggunanya, osiloskop mengambil sejumlah cuplikan yang kemudian mengirimkan informasi gelombangnya ke peraga (layar). Karena kerja pemicuan yang demikian ini, ia dapat menyimpan dan meragakan informasi yang diperoleh sebelum picu (pretrigger) sampai 100 persen dari lokasi memori yang disediakan.
DSO mempunyai dua cara untuk "menangkap" atau mencuplik gelombang, yakni dengan teknik single shot atau real time sampling. Dengan kedua teknik ini, osiloskop memperoleh semua cuplikan dengan satu event picu. Sayangnya laju cuplik DSO membatasi lebar pita osiloskop ketika beroperasi dalam waktu nyata (real time). Secara teori, osiloskop digital membutuhkan masukan dengan sekurang-kurangnya dua cuplikan per periode gelombang untuk merekonstruksi suatu bentuk gelombang. Dalam praktek, tiga atau lebih cuplikan per periode menjamin akurasi akuisisi. Jika pencuplik tidak dapat sama cepat dengan sinyal masukannya, osiloskop tidak akan dapat mengumpulkan suatu jumlah yang cukup yang berakibat menghasilkan suatu peragaan yang lain dari bentuk gelombangnya aslinya. yakni osiloskop akan menggambarkan struktur keseluruhan sinyal masukan pada suatu frekuensi yang jauh lebih rendah dari frekuensi sinyal sesungguhnya.
Ketika menangkap suatu gelombang bentuk tunggal (single shot waveform )dengan cuplikan waktu nyata, osiloskop digital harus secara akurat menangkap frekuensi sinyal masukan. Osiloskop digital biasanya menspesifikasikan dua lebar pita; real time dan analog. Lebar pita analog menyatakan frekuensi tertinggi jalur masukannya yang dapat lolos tanpa cacat yang serius pada sinyalnya. Lebar pita real time menunjukkan frekuensi maksimum dari osiloskop yang dapat secara akurat mencuplik menggunakan satu event picu. Bergantung dari osiloskopnya, kadang-kadang kedua lebar pita tersebut mempunyai harga yang sama, kadang mempunyai nilai yang berbeda jauh. Sebagai contoh misalnya lebar pita analog dari suatu DSO 350 MHz dan lebar pita real time-nya hanya 40MHz.
Dengan metode alternatif yakni menggunakan equivalent-time sampling DSO secara akurat dapat menangkap sinyal-sinyal sampai pada lebar pita osiloskopnya, tetapi hanya pada sinyal-sinyal yang sifatnya repetitif. Dengan teknik ini, osiloskop digital menerima cuplikan-cuplikan pada banyak event-event picu yang kemudian secara berangsur-angsur mengkonstruksi keseluruhan bentuk gelombangnya. Hanya lebar pita analog yang membatasi osiloskop pada frekuensi berapa dapat menerima teknik ini.
Kebanyakan DSO, apakah ia menggunakan teknik real time atau equivalent time akan mencuplik pada laju maksimum tanpa mengacu berapa dasar waktu (time base) yang di pilih. Pada kecepatan sapuan yang lebih rendah osiloskop digital menerima jauh lebih banyak cuplikan daripada yang dapat disimpannya. Bergantung kepada mode akuisisi yang kita pilih, suatu DSO akan membuang cuplikan ekstra atau menggunakannya untuk pemrosesan sinyal-sinyal tambahan seperti deteksi puncak gelombang (peak detect), maupun sampul gelombang (envelope).
Banyak sekali istilah yang digunakan untuk menyebut alat ini, ada yang menyebut Avometer karena merujuk kegunaanya dari satuan yang digunakan Ampere, Volt dan Ohm. Multimeter dari kata Multi (banyak) dan Meter (dikonotasikan sebagai alat ukur). Multitester dari kata Multi (banyak) dan tester (alat untuk menguji).
Sebelum kita menggunakanya alangkah baiknya bila kita mengenal panel, terminal, dan fasilitas yang dimiliki alat ukur elktronika ini.
I. BATAS UKUR (BU) pada Multimeter seperti berikut ini.
Batas Ukur merupakan Nilai maksimal yang bisa diukur oleh multimeter
- Paling kiri atas merupakan blok selektor DC Volt. Ini merupakan blok selektor yang harus kita pilih saat melakukan pengukuran tegangan DC. Perlu diingat Ini merupakan Batas Ukur (BU) yang harus kita perhatikan saat akan melakukan pengukuran. Bila diketahui perkiraan nilai tegangan yang akan diukur maka Batas Ukur yang harus dipilih harus berada diatas nilai perkiraan tersebut. Sebagai contoh bila kita akan mengukur tegangan pada suatu rangkaian yang memiliki nilai tertera pada PCB tersebut 9 volt DC maka kita boleh menggunakan batas ukur 10 volt DC.
- Paling kiri atas merupakan blok selektor AC Volt. Ini merupakan blok selektor yang harus kita pilih saat melakukan pengukuran tegangan AC. Demikian juga untuk pengukuran teganganAC Batas Ukur yang harus dipilih harus berada diatas nilai perkiraan tersebut tegangan AC tersebut. Contoh Bila akan mengukur tegangan Jala-jala PLN seperti kita ketahui nilai tegangan PLN berkisar antara 220 Volt AC maka harus dipilih batas ukur 250 volt AC.
- Bawah kanan tertulis satuan Ohm untuk mengukur resistansi, ini tidak terlalu kritik atau beresiko bila salah memilih selektor. Hanya akan berpengaruh pada ketelitian dan cara kita menghitung nilai resistansi terukur.
- Kiri bawah tertulis DC mA yang digunakan untuk mengukur Arus DC. Arus yang terukur maksimal 250 milli Ampere DC. penggunaan batasn ukur harus diatas nilai arus perkiraan yang ada pada rangkaian.
- Bila tidak diketahui perkiraan nilai tegangan gunakan batas ukur yang paling besar (bisa 1000 VoltDC atau 1000 VoltAC). Demikian juga untuk arus DC gunakan skala batas ukur tertinggi. Yang paling penting pada pengukuran arus dan tegangan DC polaritas colokan (probe) jangan terbalik. Kutup (-) terhubung colokan hitam dan (+) terhubung colokan merah.
- Bila dalam pengukuran terjadi kesalahan batas ukur ataupun polaritas colokan terbalik sebaiknya cepat-cepat kita tarik colokan dari titik ukur yang kita lakukan. Hal ini pada multimeter analog beresiko terhadap rusaknya alat ukur kita meskipun dalam multimeter terdapat sekring pengaman.
II. SKALA MAKSIMUM
Skala Maksimum (SM) merupakan batas nilai tertinggi pada panel meter.
- Pada Skala Maksimum paling atas merupakan skala yang dibaca saat mengukur resistansi. Perlu diingat bahwa penunjukan jarum pada simpangan paling ujung kanan merupakan nilai resistansi paling kecil. Sedang pada simpangan paling kiri untuk atau jarum (bergerak sedikit) mengindikasikan nilai resistansi paling besar. Karena nilai skala resistansi (ohm) paling kiri memiliki angka paling besar, sedangkan paling kanan nilainya nol.
- Pada gambar di bawah ini diperjelas untuk Skala Maksimum pengukuran arus, tegangan AC ataupun DC.
Pada gambar diatas ada tiga nilai yang umumnya dipakai pada multimeter analog yaitu skala maksimum 10, 50, dan 250.
III. MENGUKUR RESISTANSI
- Letakan selektor atau batas ukur (BU) resistansi yang paling sesuai. Pilih batas ukur resistansi sehingga mendekati tengah skala. Sebagai contoh: dengan skala yang ditunjukkan dibawah dengan resistansi sekitar 50kohm pilih × 1kohm range.
- Hubungkan kedua ujung probe (colokan) jadi satu. Bila jarum belum bisa menunjuk skala pada titik nol putar ohm ADJ sampai jarum menunjukan nol (ingat skala 0 bagian kanan!). jika tidak dapat diatur ke titik nol maka batteray didalam meter perlu diganti.
3. Cara menghitung nilai resistansi yang terukur :
R = resistansi yang terukur (ohm)
BU = Batas Ukur yang digunakan
BU = Batas Ukur yang digunakan
JP = Penunjukan Jarum pada skala
sehingga pada contoh diatas dapat kita hitung resistansi yang terukur memiliki nilai :
BU = x 1K
JP = menunjuk pada angka 50 ohm
terhitung :R = 1K x 50
R = 50K ohmKeselamatan kerja
- Dalam menggunakan multimeter sebagai pengukur tegangan kita harus memperhatikan manual book masing masing multimeter, yang dapat diringkas sebagai berikut : Pasanglah probe sesuai dengan kedudukannya. Probe berwarna merah dicolokkan pada terminal (+), dan probe berwarna hitam dicolokkan pada terminal com (-). Ada beberapa multimeter yang memiliki probe include dengan multimeternya sehingga tidak perlu susah-susah memasang. Jenis tegangan. Sebelum melakukan pengukuran kita harus mengetahui jenis tegangan apa yang akan kita ukur, apakah tegangan AC (alternating current) atau tegangan DC (direct current).
- Dengan mengetahui jenis tegangannya kita dapat menentukan penempatan selector pada bagian AC atau DC. Jika tegangan yang akan kita ukur adalah tegangan AC arahkan selektor pada bagian AC. Jika tegangan yang akan kita ukur adalah tegangan DC maka arahkanlah selektor pada bagian DC. Jika kita belum mengetahui jenis tegangannya, supaya aman dalam pengukuran hendaknya arahkan selektor pada bagian AC (karena tegangan DC sebenarnya bagian dari tegangan AC).
Mengukur tegangan DC
IV. Pengukuran arus dan tegangan DC dengan multimeter
- Pilih jangkah ukur dengan lebih besar dari dengan pembacaan yang masih dapat dilakukan.
- Sambungkan meter, yakinkan sambungan pada sisi yang benar. Meter Digital akan selamat pada penyambungan terbalik, tetapi meter analog mungkin menjadi rusak.
- Jika pembacaan melampaui skala : sesegera mungkin lepaskan dan pilih jangkah ukur yang lebih tinggi.
- Selalu melepas meter sebelum memindah jangkah ukur.
- Selalu periksa letak jangkah sebelum dihubungkan kerangkaian.
- Jangan membiarkan jangkah ukur pada pengukuran arus (kecuali saat pembacaan ukuran).
- Jangkah pengukur arus paling besar resiko kerusakannya karena berada pada resistansi rendah .
Cara mengukur tegangan :
Hubungkan hitam ujung (negatif -) ke 0V, normalnya terminal negatif batteray atau catu daya. merah ujung (positif +) titik dimana anda menginginkan mengukur tegangan.
Pembacaan skala analog :
Perhatikan penempatan sakelar jangkah ukur pilih skala yang sesuai. Untuk beberapa jangkah ukur anda perlu mengalikan atau membagi 10 atau 100 seperti ditunjukan pembacaan dibawah ini. Untuk jangkah ukur teganagn AC gunakan tanda merah sebab calibrasi skala sedikit geser.
Contoh pembacaan skala ditunjukan pada:
- Jangkah ukur DC 10V: 4.4V (baca langsung skala 0-10 )
- Jangkah ukur DC 50V: 22V (baca langsung skala 0-50 )
- Jangkah ukur DC 25mA : 11mA (baca 0-250 dan bagi dengan 10)
- Jangkah ukur AC 10V : 4.45V (gunakan skala merah, baca 0-10)
Rumus :
Cara menghitung :
Misalnya Batas Ukur yang digunakan 10 VDC dengan Skala Maksimum 10 VDC dan jarum diatas menunjuk pada angka 4 lebih 2 kolom kecil masing-masing kolom kecil bernilai 0,2 karena antara angka 4 dan 5(tidak tertulis), terbagi jadi (5 kolom kecil) Sehingga JP=4,4
VDC = (BU/SM)JP
=(10/10)4,4
nilai terukur=4,4VDC
MENGUKUR TEGANGAN AC
V. MENGUKUR TEGANGAN AC
Gunakan alas kaki kering terbuat dari bahan isolator sebagai pengaman minimal jika terjadi kejutan listrik. Ini perlu dilakukan bila dilakukan pengukuran tegangan AC yang dianggap besar. Sebelum melakukan pengukuran tegangan hendaknya kita sudah bisa memperkirakan berapa besar tegangan yang akan diukur, ini digunakan sebagai acuan menentukan Batas Ukur yang harus digunakan. Pemilihan batas ukur yang tepat hendaknya harus lebih tinggi dari tegangan yang diukur.
contoh : untuk pengukuran tegangan PLN, diketahui jenis tegangan-nya adalah AC dan besar tegangan adalah 220 VAC, sehingga batas ukur yang harus digunakan adalah 250 atau 1000. Jika tidak diketahui nilai tegangan yang akan diukur, pilih batas ukur tertinggi.
contoh : untuk pengukuran tegangan PLN, diketahui jenis tegangan-nya adalah AC dan besar tegangan adalah 220 VAC, sehingga batas ukur yang harus digunakan adalah 250 atau 1000. Jika tidak diketahui nilai tegangan yang akan diukur, pilih batas ukur tertinggi.
- Colokan probe merah pada terminal (+), dan probe hitam pada terminal (-) pada multimeter.
- Menentukan Batas Ukur pengukuran. Karena tegangan PLN secara teori adalah 220VAC maka kita arahkan selektor pada bagian VAC dengan Batas Ukur 250 atau 1000 (ingat Batas Ukur dipilih lebih besar dari pada tegangan yang akan diukur). Untuk pembahasan kita kali ini kita akan menggunakan Batas Ukur 250.
- Dalam pengukuran tegangan AC posisi penempatan probe bisa bolak-balik.
- Hubungkan kedua ujung probe (colokan) multimeter masing-masing pada dua kutub jalur tegangan PLN misalnya stop kontak.
- Perhatikan saat melakukan pengukuran, jangan sampai ujung probe merah dan hitam saling bersentuhan, karena akan menyebabkan korsleting.
- Dari pengukuran tersebut diperoleh penunjukan jarum sebagai berikut.
- Cara menentukan pembacaan hasil ukur, rumus yang digunakan tidak berbeda saat kita menghitung hasil ukur tegangan DC.
BU = Batas Ukur
SM = Skala maksimum yang dipakai
JP = Jarum Penunjuk
VAC = Tegangan terukur
Pada pengukuran kita di atas Batas Ukur yang digunakan adalah 250 Vc dan Skala Maksimum yang digunakan 250, serta penunjukan jarum pada angka 200 lebih 4 kolom kecil yang mana masing kolom bernilai 5 sehingga bila kita jumlah menunjuk angka 220. dari data tersebut maka diketahui BU=250, SM=250 dan JP=220.
sehingga tinggal kita masukan ke rumus diatas sbb:
Vac = (250/250) 220
Vac = 220
Vac = 220
Untuk penerapan pengukuran yang lain kita lakukan hal yang sama misalnya output trafo step down yang merupakan tegangan AC. Untuk mengukurnya tentukan batas ukur terlebih dahulu dengan mengacu pekiraan nilai yang tertera pada trafo tersebut. Kemudian sentuhkan ujung probe multimeter ke masing-masing terminal outpu trafo yang akan diukur. Tentu saja terminal trafo primer trafo harus terhubung tengangan PLN.
Posts
